CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ I. SINH VẬT CHỈ THỊ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1. Khái niệm và thành phần khí quyển Khí quyển là phần được giới hạn bởi bề mặt Trái Đất đến khoảng không giữa các hành tinh. Trong khí quyển luôn luôn tồn tại rất nhiều các quần thể sinh vật sống. Thành phấn khí quyển thay đổi theo thời gian địa chất và hiện nay khá ổn định theo phương nằm ngang, phân dị theo phương thẳng đứng về mật độ, bao gồm chủ yếu là Nitơ, Ôxy và một số loại khí trơ. 2. Cấu trúc và đặc trưng của khí quyển Hình 1. Sơ đồ cấu trúc khí quyển 1 Theo sự biến thiên về nhiệt độ, khí quyển có cấu trúc phân tầng,từ dưới lên trên là tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung quyển, tầng nhiệt quyển và tầng ngoại quyển. Các sinh vật sống trong khí quyển chủ yếu tập trung ở tầng đối lưu, một số ít có khả năng lên đến tầng bình lưu nhưng hầu như không vượt qua khỏi tầng ôzôn. Ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất theo những góc độ khác nhau, nên lượng nhiệt các khu vực hấp thụ được cũng khác nhau, gây ảnh hưởng đến sự phân bố và đặc tính của các sinh vật sống. II.CÁC DẤU HIỆU TỔN THƯƠNG THỰC VẬT DO Ô NHIẾM KHÔNG KHÍ GÂY NÊN 1. Dấu hiệu chung Ô nhiễm không khí gây tổn thương thực vật từ lâu đã được biết đến. Những tổn thương thực vật thường xuất hiện gần các thành phố lớn hoặc các khu công nghiệp… Dấu hiệu tổn thương thực vật do ô nhiễm không khí bao gồm: đốm lá, cháy đỉnh lá, chiết cành, hạn chế sinh trưởng và phát triển… Có 2 loại dấu hiệu tổn thương thực vật: cấp tính hoặc mãn tính. Cấp tính Mãn tính Mức độ Gây chết tất cả các mô hoặc 1 phần của lá Không gây chết mô Dấu hiệu Toàn bộ lá , thậm chí toàn bộ thực vật chết Vàng lá, xoăn lá,thấp lùn và sinh trưởng chậm 2 Nguyên nhân Gây nên do sự phơi nhiễm chất ô nhiễm ở nồng độ cao Gây nên do phơi nhiễm chất ô nhiễm ở nồng độ thấp Các nhân tố quyết định phạm vi tổn thương và vùng bị ô nhiễm không khí: - Loại và nồng độ chất ô nhiễm - Khoảng cách từ nguồn phát thải - Thời gian phơi nhiễm - Những điều kiện khí tượng - Địa điểm và độ lớn thành phố, địa hình, độ ẩm… Nhiều loại khí khác nhau trong không khí với nồng độ luôn thay đổi tác động đến thức vật.Tùy theo loại khí khác nhau, nồng độ cao hay thấp mà có những triệu chứng tổn thương khác nhau ở thực vật. 2. Một số dấu hiệu đặc trưng 2.1.Ozone - Thực vật chỉ thị O 3 tốt nhất: cây thân gỗ, cây bụi thân gỗ, và các loại cỏ - Ozone sẽ gây tổn thương cho tế bào nhu mô đầu tiên, sau đó đến thịt lá - Dấu hiệu đặc trưng: lá bị đốm li ti tập trung gần nhau, lá xuất hiện các điểm có màu trắng, đen, đỏ hay màu huyết dụ 3 Tác hại của O 3 lên lá cây 2.2. PAN (peroxyaxilnitrat) - Thực vật có bản lá rộng xuất hiện các đốm bọng nước có màu bạc trắng hoặc màu đồng thau. Ví dụ: xà lách, đậu đỗ - Thực vật lá hẹp xuất hiện các dải úa vàng hoặc bạc trắng trên lá. Ví dụ: Cỏ, cây hòa thảo 2.3. Hợp chất Flo - Tác động : gây úa vàng ở thực vật. Khí HF và SiF 4 làm xuất hiện những đốm lá màu vàng, nâu đỏ, hoặc những đốm cháy táp viền và đỉnh lá ở và cây lá kim. - Thực vật mẫm cảm với hợp chất flo: chanh, cây lay ơn, cây mơ, 4 Cây lay ơn 2.4. Sulfudioxit (SO2) - Tác động lên thực vật lá rộng làm cho lá hoặc rìa lá của chúng sẽ sáng màu giữa các gân lá (nâu hoặc trắng) - Thực vật mọng nước, lá rộng sẽ xuất hiện những đốm dạng giấy khô có màu từ trắng đến nâu vàng hoặc vàng rơm ở rìa lá hoặc giữa gân lá 2.5 Dấu hiệu do các tác nhân khác - Đốm bệnh do khí Hidro Sunfua: xuất hiện giữa các gân lá viền các đốm bệnh rất rõ ràng, nhất là những là non mới duỗi ra rất nhạy cảm - Đốm bệnh do khí clo: giữa các gân lá, đường viền các đốm bệnh mờ nhòe hoặc là một khu quá độ, đốm bệnh hình tròn hoặc hình dài 5 - Đốm bệnh do axit nitric, peoxit acetyl: đốm màu trắng hoặc màu vàng ở mặt sau lá. phán đoán sự ô nhiễm và mức độ nghiêm trọng ở thực vật là “người lính giám sát và đo luờng” - Đốm bệnh do Êtylen: cây họ thông bị rụng lá kim và những mầm non. III. CHUẨN ĐOÁN TỔN THƯƠNG THỰC VẬT DO Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ GÂY NÊN 1. Quan trắc ô nhiễm không khí bằng sinh vật chỉ thị Những phương pháp sinh học để quan trắc ô nhiễm không khí xung quanh dựa trên các nguyên lý sử dụng khu hệ sinh vật (biota) như những thể tổng hợp (integrator) cho sự tiếp xúc môi trường. Các loài trong khu hệ động và thực vật được sử dụng làm chỉ thị sinh học cho những thay đổi của môi trường dựa vào khả năng mẫn cảm của chúng. Những loài mẫn cảm nhất trong số các thực vật là chỉ thị địa y , bởi vì bề mặt toàn thân của chúng đều hấp thụ các chất khoáng. Nơi nào địa y không phát triển được thì áp dụng phương pháp trồng lại địa y. Quần xã thực vật mọc hoang dã cũng có thể là những chỉ thị môi trường không khí. Các loài mẫn cảm dần bị diệt vong và chỉ các thực vật có khả năng chống chịu mới tồn tại. Ngược với những kết quả của chỉ thị sinh học cung cấp thông tin về những thay đổi trong chất lượng của môi trường, phương pháp quan trắc sinh học lại hiểu nhiều hơn về phương diện số lượng (MesjtriK và Pospisil, 1988). Những ưu thế của nó là đòi hỏi thông tin về độ lớn tích lũy các chất ô nhiễm, sự phân bố lại trong cơ thể và sự phân bố địa lý của ô nhiễm được phát hiện. 6 2. Quan trắc không khí bằng thực vật Thực vật chỉ thị là thực vật mà các dấu hiệu bị tổn thương của chúng xuất hiện khi bị tác động bởi nồng độ nhất định của một hay hỗn hợp các chất gây ô nhiễm. Thực vật chỉ thị là cảm nhận (sensor) hóa học có thể nhận dạng khi có chất gây ô nhiễm trong không khí. Để quan trắc thường dựa vào đặc trưng về số lượng mà không phải là chất lượng. Do đó, thực vật dùng đẻ quan trắc không chỉ là vật chỉ thị mà còn giúp thu nhận các đánh giá về mặt số lượng. Thực vật được xem là chỉ thị khi chúng tích lũy trong mô những chất gây ô nhiễm hoặc những sản phẩm trao đổi chất sản sinh do kết quả tác động tương hỗ thực vật với chất gây ô nhiễm. Từ kết quả của sự tác động, thực vật có thể thay đổi tốc độ sinh trưởng, thời gian chín, ra hoa, sự tạo thành quả và hạt kém đi, thay đổi quá trình sinh sản và cuối cùng là giảm sức sản xuất năng suất. một hoặc tất cả các thông số nêu trên có thể sử dụng để xác định sự xuất hiện của chất gây ô nhiễm trong không khí xung quanh và tiến hành thí nghiệm để nhận dạng, làm rõ sự thay đổi của thực vật với một chất hoặc hỗn hợp các chất gây ô nhiễm. Một số thực vật như địa y (Lichens, Peltigesa, Xanthoria) và rêu (Bryiphyta) là những vật tích lũy các chất gây ô nhiễm không khí, chủ yếu là các kim loại nặng chúng có thể tích lũy tới nồng độ lớn hơn nhiều nồng độ của các kim loại nặng trong không khí xung quanh. Do đó, một câu hỏi đặt ra là: bằng phương pháp nào có thể xử lý các kết quả theo dõi này để chuyển sinh vật chỉ thị thành sinh vật giám sát? Nếu số lượng các chất gây ô nhiễm có thể đo chính xác nhờ những dụng cụ và thiết bị hiện đại có độ chính xác cao thì tại sao không tiến hành đo trực tiếp với những thực vật có khả năng biến đổi, nhưng hạn chế lớn nhất trong vấn đề này là rất tốn kém về thời gian và tiền của. Ví dụ, dụng cụ 7 để đo O 3 có giá trên 5000 USD và nhiều thao tác phức tạp khác. Dụng cụ giám sát hàm lượng SO 2 còn có giá đắt hơn. Một hạn chế khác của những thiết bị này là còn nhiều nhân tố tác động khác không được kiểm soát ở môi trường xung quanh, tác động đồng thời đến chức năng của các thiết bị và chúng lại rất tốn kém. Cuối cùng khi hoàn thành công việc đo đạc và số liệu thu được nhờ các thiết bị có thể lại không hữu ích về phương diện tổ chức thực hiện tương ứng với việc thiết lập các chỉ tiêu và tiêu chuẩn. Vậy thực vật có thể cho biết điều gì? trước hết nó không đắt, dễ tái tạo lại, sinh sản nhanh và phản ứng khác nhau đối với tác động ô nhiễm. Bằng cách này có thể chọn một hoặc một số phản ứng thích hợp nhất để nghiên cứu từng trường hợp cụ thể. Tuy nhiên, chúng ta muốn cây chỉ thị trở thành cây quan trắc hay giám sát, nghĩa là có thể cung cấp việc đánh giá tình trạng của không khí về chất lượng và số lượng. Với mục đích này, chúng ta cần xác định và sử dụng một số quan hệ phụ thuộc giữa phản ứng của thực vật đối với ô nhiễm và nồng độ của chất gây ô nhiễm trong môi trường xung quanh. Để thực hiện có 3 phương pháp chính: - So sánh mức độ gây tổn thương do chất ô nhiếm với nồng độ đã biết của chất gây ô nhiễm trong môi trường xung quanh. - Sử dụng thực hiện như là bộ thu nhận hay tập hợp sống. - Đo số lượng chất gây ô nhiễm hoặc sản phẩm trao đổi chất liên kết với chất gây ô nhiễm xuất hiện trong các mô thực vật sau khi bị tác động của chất này và đối chiếu so sánh giá trọ thu được với nồng độ chất gây ô nhiễm trong không khí bao quanh. Kết quả sẽ cho biết hoặc thực vật phát triển bình thường hoặc chậm phát triển, giảm sút số hoa, không có hạt, đốm lá hoặc bạc màu. 8 IV.SỰ PHẢN HỒI CỦA THỰC VẬT VÀ NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM Phản ứng phản hồi của thực vật được biểu hiện qua sự tổn thương lá, qua sự thay đổi tốc độ sinh trưởng, năng suất hoặc tích lũy sinh học của thực vật. Sự tổn thương các lá có thể được phân tích nhờ các ảnh chụp khi cây bị các chất gây ô nhiễm tác động so với các lá đối chứng không bị tác động hoặc được phân tích trong phòng thí nghiệm. Trong trường hợp khu vực thí nghiệm mà phòng thí nghiệm mà số lượng thực vật co ỹ nghĩa thống kê, người ta chia thành các ô vuông, các số liệu về sự tổn thương trên một đơn vị bề mặt… phụ thuộc sự tổn thương các lá theo thời gian và liều lượng các chất gây ô nhiễm. Đồ thị này có thể so sánh với đồ thị liều lượng – phản ứng phản hồi, những số liệu đã thu được trong phòng thí nghiệm. Sau đó, chất lượng chất khí được xác định liên quan đến hàm lượng hỗn hợp xác định các chất gây ô nhiễm dùng để xây dựng đồ thị đối chứng. V.ĐÁNH GIÁ PHẢN ỨNG PHẢN HỒI CỦA THỰC VẬT Việc sử dụng các phương pháp để đánh giá, định lượng các số lượng thu được phụ thuộc vào vật liệu thực vật, chất gây ô nhiễm và các thông số cần đo. Mức độ tổn thương các lá của cây cỏ. Nếu phản ứng phản hồi được xác định theo các chỉ tiêu sinh trưởng và sức sản xuất thì phải tiến hành đo: - Tốc độ tăng trưởng - Số lá hoặc diện tích bề mặt lá - Ngày hình thành mầm cây - Ngày bắt đầu ra hoa - Tỷ lệ giữa số lượng mầm và hoa 9 - Tỷ lệ giữa số lượng hoa va quả - Số lượng hạt trong một quả - Tỷ lệ giữa mầm và rễ - Tổng đầu ra hoặc sinh khối Đối với các thực vật thân gỗ cần biết những thông số sau: - Số lượng cành - Chiều dài cành - Đường kính thân ở điểm đã cho bên trên mặt đât - Tốc độ tăng trưởng thân - Kích thước lá - Số lượng qủa hoặc nón (thông) - Số lượng hạt Nếu mức độ chất ô nhiễm được xác định theo khả năng chất ô nhiễm thì tiến hành đo số lượng chất ô nhiễm hoặc số lượng sản phẩm chuyển hóa của chất ô nhiễm. Trên cơ sở những dẫn liệu có thể thấy, những thực vật như rêu, địa y, Hạt trần và Hạt kín có thể sử dụng làm vật giám sát sinh học để nghiên cứu và đánh giá số lượng các chất ô nhiễm trong không khí xung quanh. VI. TUYỂN CHỌN THỰC VẬT - Thực vật cần có phản ứng rõ nét đến tác động của chất gây ô nhiễm, nghĩa là nó phải có những dấu hiệu tổn thương có thể nhận diện bằng mắt thường, sự thay đổi tốc độ sinh trưởng hoặc thay đổi hình thái, rối loạn ra hoa, kết quả và tạo hạt hoặc thay đổi sức sản xuất, sản lượng. - Thực vật dễ gieo trồng và chăm sóc không quá khó khăn - Thực vật khỏe mạnh, không bị tác động của sâu hại - Thực vật có cấu trúc di truyền phù hợp với mục đích nghiên cứu 10 [...]... thấp, lá cũng chuyển sang màu đỏ IX KẾT LUẬN - Sinh vật chỉ thị liên quan mật thiết với môi trường - Các tập quán, đặc điểm sinh, lý, hóa của sinh vật chỉ thị đều liên quan đến môi trường, đánh giá hiện trạng môi trường, dự đoán sự thay đổi của môi trường và hoạch định các chiến lược bảo vệ môi trường - Việc giám sát sinh học các chất gây ô nhiễm không khí nhờ thực vật là một viễn cảnh trong tương lai... thải của Cháy rìa lá, rụng Thịt lá Cây trưởng Giữa các nhà máy sản Etylen lá thành Rụng hoa chè và Kỳ trổ hoa Tất cả than, nhiên 8 0,2 5 300 2 60 2 gân lá xuất HCl Ga, dầu, 800 không nở hoa liệu ô tô 2.Động vật và người Ngược với chỉ thị sinh học, trong quan trắc sinh học không những chỉ sử dụng những loài thực vật mẫn cảm mà còn sử dụng cả động vật Những loài chỉ thị sinh học điển hình với mẫu bộ lông... vùng địa lý khác nhau VII GIÁM SÁT SINH HỌC Ngược với kết quả của chỉ thị sinh học cung cấp thông tin về những thay đổi chất lượng môi trường sống, phương pháp quan trắc sinh học còn cung cấp thông tin về phương diện số lượng Những ưu thế của nó đòi hỏi thông tin độ lớn tích lũy các chất ô nhiễm, sự phân bố lại trong cơ thể và sự phân bố địa lý của chúng.Sử dụng khu hệ sinh vật như những đối tượng kiểm... tế bào trung gian 14 VIII MỘT SỐ VÍ DỤ CÂY CHỈ THỊ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ - Cây táo, anh đào, cà rốt: nhạy cảm với khí sunfurơ - Cây thuốc lá, cây kim tử hương, hướng dương, đại mạch: nhạy cảm với khí Florua - Cây uất kim hương, mai, bồ đào có thể giám sát và đo lường khí Flo - Táo, đại mạch, đào ngô, hành tây tương đối nhạy cảm, có thể giám sát và đo lường khí Clo - Cây chân vịt có thể giám sát và đo... ứng rất nhạy cảm với ô nhiễm không khí bằng những thay đổi tổng số tế bào máu như chuột đồng Gần đây còn sử dụng những loài không quý hiếm và không được bảo vệ a) Mô hình quan trắc tác động ô nhiễm không khí đến thỏ nhà Mô hình được E Reichotova (1984) tiến hành Những kết qua nghiên cứu tỷ lệ tử vong dịch tễ trong các cộng đồng dân cư sau những thời kỳ bị ô 12 nhiễm không khí ở các nước đã thôi thúc... đây, miễn dịch học sinh thái như một ngành độc lập của khoa học miễn dịch đã được phát triển với mục đích xác định sự phản hồi của hệ miễn dịch với những chất gây ô nhiễm môi trường (kể cả kim loại) Tình trạng miễn dịch là dấu hiệu rất mẫn cảm đối với tác động độc hại của môi trường gây lên những hậu quả không tốt về sức khỏe Các dấu hiệu sinh học miễn dịch thể hiện những thay đổi chức năng có thể đo... trong sinh chất máu và nước tiểu của những người làm việc và tiếp xúc với môi trường cũng gia tăng tương tự 13 Như chúng ta đã biết, sự ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm lên thực vật lớn hơn lên động vật và con người Nhưng chính những hiểu biết phiến diện này về sự ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm lên con người, theo nguyên tắc, chúng chỉ được tính toán khi xác định các tiêu chuẩn chất lượng không khí. .. lượng để phân tích các cơ hội để thể hiện các nghiên cứu chuyên ngành liên quan đến tác động ô nhiễm không khí b)Quan trắc sự tiếp xúc của người và sức khỏe con người Những vật liệu sinh học người có thể lấy mẫu được bao gồm máu và nước tiểu, tóc, móng chân tay và răng rụng Tính nhạy bén của tóc như chỉ thị cho sự tiếp xúc với các kim loại độc hại cũng đã được Beneckno đề cập đến Xác định nồng độ As đã... lượng không khí mà không có kết quả về sự ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm đến thực vật Đối với động vật và người, tác động của O 3 cũng gây lên nhiều phản ứng có hại: TT 1 2 3 4 Nồng độ O3(ppm) 0.2 0.3 1-3 8.0 Phản ứng Không có tác động gây bệnh Mũi và họng bị kích thích và bị sưng tấy Mệt mỏi, bải hoải sau 2 giờ tiếp xúc Nguy hiểm đối với phổi Nhiều năm gần đây, miễn dịch học sinh thái như một ngành... cảnh trong tương lai và dựa trên cơ sở mối tương quan của các phản ứng thực vật phản hồi lại nồng độ các chất gây ô nhiễm trong không khí xung quanh - Việc cần thiết nhất là tăng độ chính xác và độ tin cậy về việc đánh giá định lượng các phản ứng phản hồi của thực vật chỉ thị với tác động của chất ô nhiễm đặc trưng 15 . CHỈ THỊ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ I. SINH VẬT CHỈ THỊ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1. Khái niệm và thành phần khí quyển Khí quyển là phần được giới hạn bởi bề mặt Trái Đất đến khoảng không giữa. đỏ IX. KẾT LUẬN - Sinh vật chỉ thị liên quan mật thiết với môi trường - Các tập quán, đặc điểm sinh, lý, hóa của sinh vật chỉ thị đều liên quan đến môi trường, đánh giá hiện trạng môi trường, dự đoán. thể là những chỉ thị môi trường không khí. Các loài mẫn cảm dần bị diệt vong và chỉ các thực vật có khả năng chống chịu mới tồn tại. Ngược với những kết quả của chỉ thị sinh học cung cấp thông